Июля 2019 года состоялся успешный пуск ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «ДМ-03» и космической астрофизической обсерваторией «Спектр-РГ»

Введение

Актуальность работы

Самое удивительное в астрономии - это ее возможность мгновенно телепортировать человека из квартиры или двора загородного дома в загадочный мир Вселенной. В условиях карантина и самоизоляции – это одно из самых интересных и безопасных занятий.

44 года назад, 29 августа 1975 года вспыхнула звезда Новая Лебедя 1975. Первым из советских астрономов ее заметил невооруженным глазом тогда еще стажер Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга (ГАИШ) Сергей Шугаров на Крымской станции ГАИШ.

Как выяснилось позднее, по публикациям циркуляров IAU, в мире он был шестым, почти за восемь часов до него эту же вспышку заметили несколько наблюдателей в Японии (которая лежит сильно восточнее Крыма).

В 70-е годы прошлого века Андрей Вознесенский был частым гостем Крымской астрофизической обсерватории (поселок Научный). Его приезд в 1975 году совпал со вспышкой новой звезды. Этому открытию поэт посвятил стихотворение.

Новая Лебедя

Звезда народилась в созвездии Лебедя –

такое проспать!

Явилась стажёру без роду и племени

«Новая Лебедя-75».

Наседкой сидят корифеи на яйцах,

в тулупах высиживая звезду.

Она ж вылупляется и является

совсем непристойному свистуну.

Ты в выборе сбрендила, Новая Лебедя!

Египетский свет на себе задержав,

бесстыдно, при всечеловеческой челяди

ему пожелала принадлежать.

Она откровенностью будоражила,

сменила лебяжьего вожака,

все лебеди - белые, эта - оранжева,

обворожительно ворожа,

дарила избраннику свет и богатства

все три триумфальные месяца. Но –

                            погасла!..

Как будто сколупленное домино.

«Прощай, моя муза, прощай, моя Новая Лебедя!

Растёт неизвестность из чёрной дыры.

Меня научила себя забывать и ослепнуть.

Русалка отправлена на костры.

Опять в неизвестность окно отпираю.

Ты - Новая Лебедь, не быть тебе старой...

Из кружки полейте на руки Пилату.

Прощай, моя флейта!

                        Прощай, моя лживая слава.

Ты мне надоела. Ступай к аспиранту».

 

В любом деле есть инструменты высшего класса и второстепенные. И они не заменяют друг друга.  Точно так же как на любом машиностроительном заводе есть пресс с давлением в сотни тонн, и он формирует нам корпуса автомобилей,  а в каждом доме найдется молоток, с помощью которого можно согнуть лист железа или жести. И одно другому не помеха, а дополнение. [2]

 Так и в астрономии - есть телескопы гигантского размера. И с каждым годом рождаются всё более и более крупные образцы. Они «стреляют» вдаль, смотрят до границ видимой наблюдаемой Вселенной. Видят далёкое прошлое, видят уникальные вещи, но они не состоянии, например, контролировать весь небесный свод.  Но есть задачи, в которых это необходимо делать. Например, оградить Землю от неожиданного подлёта к ней астероидов, следить за полётом искусственных спутников, наблюдать жизнь разнообразных звезд.  На всё это большие инструменты не способны, так как  их мало и каждый видит крохотный пятачок на небе,  и у них нет возможности окинуть взглядом весь небосвод одновременно. При этом  тысячи и тысячи телескопов среднего и малого размера могут это делать.  Да, они не видят особенно далеко, да, они не видят слишком мелкие объекты, но они видят много и  сразу. В этом смысле даже любительская техника  в руках сотен тысяч людей на земном шаре, даже хороший бинокль, и, более того, даже глаз человека до сегодняшнего дня все ещё исполняют роль полноценного астрономического инструмента.

 Известно, что за последние несколько десятилетий невооруженным глазом сделано немало открытий на небе. В. Г. Сурдин, кандидат физико-математических наук, доцент физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, старший научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звёзд Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга, вспоминает фантастический случай подобного открытия. Однокашник Сурдина Сергей Шугаров был замечательным любителем астрономии. Он прекрасно знал небо, но отвратительно учился в МГУ. Все однокурсники помогали Сергею сдавать статистическую физику, квантовую механику, некоторые главы математики, которые он не любил, не знал, и не хотел знать, потому что он, прежде всего, был наблюдателем неба. После окончания университета у Шугарова не было  никаких шансов остаться работать в МГУ,  потому что он был крутым троечником.

На преддипломную практику Сергей поехал в крымскую обсерваторию. Обсерватория большая, в ней работает  много профессиональных астрономов. Как-то вечером группа астрономов вышла из домика наблюдателей,  для того чтобы пойти  на телескопы. Шугаров поднял голову вверх. Любой астроном, выйдя из дома вечером, обязательно поднимает голову к небу, смотрит - вообще есть ли небо, то есть,  есть ли звездное небо, не закрыта ли оно тучами и что там  на нём происходит. Аспирант посмотрел на небо и сказал: «Посмотрите, новая звезда».  Как?! Профессионалов вокруг масса, все они смотрели в этот момент на небо и  никто ничего не обнаружил.  А Сергей, безусловно, знавший все звезды наперечёт, увидел новую звезду.

Это была вспышка новой звезды - Новая Лебедя, которая до сих пор уникальна. Она была  одна такая во всей истории астрономии. Самая мощная, самая быстрая. Супер! Очень быстро закрутилось научное наблюдение звезды в крымской обсерватории. По всему миру  были разосланы телеграммы, так как интернета  еще не было.

В обсерватории гостил известный советский поэт Андрей Вознесенский. Он услышал об открытии, сделанным студентом, и  написал  стихотворение Новая Лебедя. Стихотворение опубликовали в популярном журнале «Юность». Когда через полгода пришла пора распределять выпускников на работу, директор астрономического института взял под мышку тот журнал и пошёл к ректору МГУ. Состоялся диалог.

-У нас есть замечательный студент, которого мы  хотим оставить работать в университете.

- Оставляйте.

- Но он крутой троечник.

- А, нет, таких не оставляем.

- Но Вознесенский написал про него стихотворение.

- Да?  Ну ладно,  попробуем оставить.

Авторитет поэта был очень высок. Студента-троечника  оставили и ни разу не пожалели об этом. Сегодня Сергей Шугаров в первом десятке мировых астрономов-наблюдателей. Он на разрыв! Ученого приглашают во всех странах, потому что он чрезвычайно активен в наблюдении неба.

Открытие, которое решило судьбу студента, было сделано невооруженным глазом, вообще без всякой техники. Позже тоже открывали вспышки сверхновых в Большом Магеланновом облаке в 1987 году невооруженным глазом.  Глаз - это самый маленький телескоп, какой мы имеем, но даже он помогает иногда делать открытия.

Чем крупнее инструмент, тем он, конечно, дальше видит, но при этом обозревает меньшую площадь. Нужны разные инструменты, которые  дополняют друг друга.  

В дополнение к наблюдению за небом невооруженным глазом речь пойдет о Российской космической обсерватории «Спектр-РГ» и ее телескопах: российском АRТ-ХС и немецком eROSITA.

 

Цель проекта:

- создание учебной видеопрезентации о роли инструментов в астрономии.

Задачи проекта:

1. Выяснить какие астрономические наблюдения проводятся с помощью профессиональной и любительской техники? Какие инструменты применяются современными исследователями для изучения космоса?

2. Познакомиться с миссией российской космической обсерватории «Спектр-РГ».

3. Собрать и систематизировать фото и видеоматериал о российской космической обсерватории «Спектр-РГ».

4. Познакомиться с программой создания видеофильмов и презентаций Windows Movie 3 Maker. Разобрать алгоритм работы с программой.

5. Выпустить диск с видеопрезентацией и оформить обложку.

Гипотеза:

при помощи программы Movie Maker возможно создать видеопрезентацию из коллекции фото и видео ресурсов в домашних условиях режима самоизоляции.

Практическая ценность состоит в том, что видеопрезентация может быть использована в учебном процессе при изучении астрономии.  

КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТА

В НАЧАЛЕ ГОДА ОБСЕРВАТОРИЯ «СПЕКТР-РГ» ЗАФИКСИРОВАЛА ВСПЫШКИ

Вселенная - это, с точки зрения физики, огромная лаборатория, в которой можно получить условия, невозможные на Земле: температуры в миллиарды градусов, огромные давления, мощные магнитные, гравитационные поля. Наблюдать, что происходит при таких условиях, возможно, уловив пришедшие из Вселенной сигналы, но они не всегда могут пройти через атмосферу Земли. В рентгеновском излучении (диапазон энергий от 0,1 до 100 кэВ), непрозрачном для атмосферы Земли, можно наблюдать наиболее энергичные события: взрывы сверхновых звезд, аккрецию на компактные релятивистские объекты — черные дыры и нейтронные звезды. В рентгеновском диапазоне излучает горячий газ в скоплениях галактик, и именно он отражает распределение вещества во Вселенной.

июля 2019 года состоялся успешный пуск ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «ДМ-03» и космической астрофизической обсерваторией «Спектр-РГ».

Обзор всего неба космической обсерваторией «Спектр-РГ» станет новым шагом в рентгеновской астрономии, история которой насчитывает более 55 лет. «Спектр-РГ» — российский проект с германским участием по созданию орбитальной обсерватории в окрестности либрационной точки L2 системы «Солнце — Земля» для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения. [5]

Проект «Спектр-РГ» предполагает создание национальной обсерватории астрофизики высоких энергий, продолжающей последовательность астрофизических спутников «Астрон» и «Гранат», разработанных в НПО Лавочкина. Аппарат строится по модульному принципу, обладает хорошими характеристиками ориентации и стабилизации, что позволяет в течение года наблюдать практически всю небесную сферу.

Проведение астрофизических исследований запланировано в течение 6,5 лет, из которых 4 года — в режиме сканирования звездного неба, а 2,5 года — в режиме точечного наблюдения объектов во Вселенной по заявкам мирового научного сообщества.

Аппарат, разработанный в НПО Лавочкина на базе космической платформы «Навигатор», оснащен российским рентгеновским телескопом-концентратором ART-XC и германским сканирующим телескопом eROSITA. Эти инструменты позволяют вести наблюдения одновременно в жестком и в мягком «рентгене».

Российский телескоп ART-XC создан специалистами Института космических исследований РАН и Российского федерального ядерного центра – ВНИИ экспериментальной физики, а eROSITA – учеными Института внеземной физики Общества Макса Планка в Германии.

«Спектр-РГ» собирает информацию об источниках рентгеновского излучения по всей небесной сфере, которая является более полной и детальной, чем имеют американские, европейские и китайские аппараты.

«Спектр РГ» с начала декабря 2019 года ведет кропотливый обзор небесной сферы с орбиты вокруг точки либрации L2 системы Земля–Солнце. Чтобы попасть в это место, обсерватория преодолела расстояние в полтора миллиона километров.

Основная научная программа стартовала до прибытия обсерватории в точку L2: благодаря быстрому вводу в строй телескопа ART-XC. Она началась еще в августе 2019 г. С тех пор российский прибор зарегистрировал несколько миллионов жестких рентгеновских фотонов из дальнего космоса, сотни «жестких» и десятки тысяч «мягких» источников (в целом речь может идти о более двухсот тысяч источников).

 Только на стадии летных калибровок и первых научных наблюдений в ходе ежедневных сеансов связи с борта аппарата было принято 360 гигабайт научных данных. «Все эти результаты продемонстрировали, что обсерватория «Спектр-РГ» уже работает в своей максимальной конфигурации, и характеристики телескопов позволяют решать амбициозные задачи в области космологии, изучения формирования и эволюции сверхмассивных черных дыр, физики скоплений галактик, нейтронных звезд, остатков вспышек сверхновых и звезд с активными коронами», – рассказал научный руководитель миссии, академик РАН Рашид Алиевич Сюняев. Он также сообщил, что «Спектр РГ» дает ученым возможность увидеть практически все массивные скопления галактик в наблюдаемой Вселенной, обнаружить рентгеновское излучение сотен тысяч звезд нашей Галактики, и заметил: «Мы надеемся наблюдать эффекты взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой на внешней границе Солнечной системы».

К середине июня 2020 года первый обзор небесной сферы будет завершен, после чего последовательность повторится. Во время сканирования каждый объект наблюдается в течение 30–40 секунд. Поскольку космический аппарат совершает шесть оборотов вокруг оси в сутки, столько же раз в день с интервалом 4 часа будет наблюдаться каждый объект. По плану, за четыре года состоится 8722 сеанса сканирования небесной сферы. После этого еще 2.5 года «Спектр РГ» будет наблюдать точечные объекты Вселенной по заявкам мирового научного сообщества.

Ожидается, что в ходе обзора неба «Спектр-РГ» обнаружит около трех миллионов аккрецирующих (активно засасывающих вещество близлежащих звезд) сверхмассивных черных дыр, сто тысяч скоплений галактик, сотни тысяч звезд с активными коронами и аккрецирующих белых карликов, десятки тысяч звездообразующих галактик и многие другие объекты, в том числе неизвестной природы. Эти данные исключительно важны для понимания, как распределена материя во Вселенной, какую роль в ее развитии играла темная энергия и как в ней появлялись и росли сверхмассивные черные дыры.

За первые четыре года миссии «Спектр-РГ» позволит сформировать восемь карт звездного неба в рентгеновском диапазоне. При сравнении этих карт можно будет выявить объекты, меняющие свою яркость со временем. Именно так астрономы надеются обнаружить процесс приливного разрушения обычных звезд тяготением сверхмассивных черных дыр. Если звезда пролетает слишком близко от черной дыры, то приливные силы могут оказаться столь сильными, что звезда будет разорвана и превратится в газ, значительная часть которого будет захватываться черной дырой и приводить к нагреву и к колоссальной яркости поверхности формирующегося аккреционного диска».

Астрономы уже много лет наблюдают за сверхмассивными черными дырами, стараясь больше узнать об этих объектах, а также используя их для проверки теории относительности Эйнштейна и других постулатов физики.

Современная астрономическая наука предполагает, что в центре галактики имеется одна или даже несколько сверхмассивных черных дыр. К примеру, в ядре Млечного пути находится черная дыра Sgr A (Cтрелец А), которая располагается на расстоянии 26 тысяч световых лет от Земли. По мнению ученых, она тяжелее Солнцав 4 млн раз.

 Как показывают наблюдения подобных объектов, вокруг черных дыр находится множество звезд. И те из них, которые оказываются в опасной близости к черной дыре, становятся жертвами этих космических хищников. Одно из таких ярких событий уже зафиксировал «Спектр-РГ».

В середине и в конце декабря с помощью германского телескопа eROSITA были обнаружены ранее неизвестные источники вспышек рентгеновского излучения в направлении созвездий Волопаса и Гончих Псов. Заметив, что яркость этих объектов внезапно увеличилась, ученые в обоих случаях пришли к выводу: это произошло из-за того, что сверхмассивные черные дыры в центрах этих галактик недавно захватили звезду и разорвали ее на части. В результате появились два облака из раскаленной плазмы, которая произвела огромное количество рентгеновского и других видов излучения.

Интересные перспективы для наблюдений и совместных работ с другими обсерваториями открывает способность телескопа АРТ-ХС на борту «Спектра-РГ» регистрировать гамма-всплески результаты мощных взрывов звезд в далеких галактиках. Так, во время обзора всего неба 1 января 2020 г. российский телескоп зарегистрировал необычное и кратковременное (длительностью около 5 секунд) повышение интенсивности излучения в своих детекторах. При этом сигнал от этого всплеска попал на детекторы телескопа, пройдя через его боковые стенки, то есть сильно ослабленным.

Анализ всех имеющихся на сегодняшний день данных показал, что с начала работы миссии телескоп ART-XC зарегистрировал около десятка гамма-всплесков, сигналы от которых пришли с боковых сторон. Хорошее временное разрешение телескопа позволяет определить время прихода сигнала от гамма-всплеска с высокой точностью.

Достаточно широкие поля зрения телескопов обсерватории дают возможность обнаруживать послесвечения гамма-всплесков уже в самих детекторах инструментов. Такое событие произошло 20 января 2020 г., когда «Спектр-РГ» наблюдал область гамма-всплеска спустя 13 минут после самого события. Поскольку гамма-всплеск роизошел на стороне неба, обозреваемой в этотмомент германским телескопом, российские ученые проинформировали немецких коллег о такой возможности.

При обработке данных был обнаружен неизвестный ранее объект, интенсивность которого чрезвычайно быстро падала: через 4 часа, во время следующего прохода телескопов обсерватории через эту точку, объект уже оказался слабее более чем в 10 раз. Этот факт интерпретировали как первую регистрацию «Спектром-РГ» послесвечения гамма-всплеска, о чем было сооб

щено научному сообществу. Более того, данные обсерватории позволили определить место гамма-всплеска с высокой точностью, что дало возможность провести его наблюдение наземными оптическими телескопами.

Теперь, когда с момента старта прошло десять месяцев, можно сказать, что начальный этап миссии «Спектр-РГ» – запуск, прибытие в точку Лагранжа L2, подтверждение работоспособности и качества целевого оборудования – успешно выполнен. «Мы убедились в исправности телескопов и увидели высокое качество работы аппаратов… Идет этап сканирования небесной сферы. У нас нет никаких замечаний к работе «Спектра-РГ», – отметил глава Роскосмоса Д.О. Рогозин.

Безусловно, основная задача миссии – научные открытия, но выполнение задач важно и с практической точки зрения, поскольку в проекте

«Спектр-РГ» предстоит освоить работу с уникальной аппаратурой обсерватории – с момента получения информации до всех этапов ее обработки.

«Чтобы получить хорошие научные результаты, требуется не только создать уникальную научную установку – нужно еще приобрести достаточный опыт в ее эксплуатации, выяснить все тонкости и научиться максимально использовать ее сильные стороны», – заметил по этому поводу

М. Н. Павлинский, ведущий ученый по телескопу ART-XC и заместитель научного руководителя проекта «Спектр-РГ».

Аналогичного мнения придерживается и президент РАН А. М. Сергеев: «Мы стали обладателями уникального инструмента с возможностями, которые позволяют получить результаты, превышающие собранные до сих пор. С запуском «Спектра-РГ» мировая астрономия приобрела инструмент с совершенно новыми возможностями. Уже сегодня мы можем заявить о получении уникальных снимков. Таких изображений будет много. Мы обнаружим новые процессы, связанные с горячими объектами во Вселенной».

Для правильного определения расстояния до наблюдаемых рентгеновских источников и их природы необходимы наблюдения в других диапазонах, прежде всего, в оптическом.

С российской стороны наземную поддержку наблюдений обеспечивают следующие телескопы и обсерватории:

• Большой телескоп азимутальный — специальная астрофизическая обсерватория РАН, диаметр главного зеркала — 6 м;
• Кавказская горная обсерватория — государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, диаметр главного зеркала — 2,5 м;
• Российско-турецкий телескоп РТТ-150 — совместное ведение Казанского федерального университета, ИКИ РАН и Турецкой национальной обсерватории ТUG, диаметр главного зеркала — 1,5 м;
• Телескопы АЗТ-33ИК и АЗТ-33ВМ — саянская обсерватория, Институт солнечно-земной физики СО РАН, диаметр главных зеркал — 1,6 м.

ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА

Предмет разработки: образовательный продукт, который можно будет использовать в учебном процессе на занятиях по астрономии – видео презентация из фотографий, картинок, видеосюжетов о российской космической обсерватории «Спектр-РГ».